1. Растяжение поперек шва

Рассмотрим работу мягкой прослойки при растяжении стыкового соединения поперек шва (Рис. 4 .29) достаточно большой протяженности за плоскость чертежа. В упругой стадии нагружения мягкая прослойка и соседние участки деформируются однородно, и при достижении предела текучести материала мягкой прослойки в ней возникает пластическая деформация, в то время как соседние участки остаются в упругом состоянии. При дальнейшем повышении нагрузки и деформации коэффициент поперечной деформации у прослойки будет выше, чем у соседнего металла.

Рис. 4.29 Зависимость, иот относительной толщины прослойки.

По мере развития пластической деформации в прослойке, в то время как в упругих частях. Из-за неодинаковой поперечной деформации возникают касательные напряжения, максимальные на плоскостях раздела. Они будут препятствовать поперечному сужению прослойки в направлении толщины листа. Чем уже прослойка, т. е. чем меньше, тем меньшее поперечное сужение получает прослойка к моменту возникновения в ней истинных разрушающих напряжений. Так как среднее истинное разрушающее напряжениеменяется мало, то в более узких мягких прослойках площадь утоненного поперечного сечения прослойкиFyк моменту разрушения будет больше, а следовательно, будет больше и разрушающая силаР_р:

В этом заключается причина повышения несущей способности (эффект контактного упрочнения). Повышение разрушающей силы не может происходить беспредельно, так как соседние с мягкой прослойкой более прочные участки также при определенных условиях начнут пластически деформироваться. Чем более прочны соседние зоны, тем больше эффект контактного упрочнения. Твердые прослойки, находящиеся рядом с мягкими, усиливают этот эффект.

Относительное поперечное сужение в мягкой прослойке и абсолютное удлинение образцазависят от относительной толщины прослойкии свойств металлов в соединении. На Рис. 4 .29 видно, что в широких прослойках, когда эффекта контактного упрочнения еще не наблюдается,остается постоянным при уменьшении, апостепенно падает по мере уменьшения доли длины участка мягкой прослойки в общей длине образца. В области контактного упрочнениярезко падает, так как возрастают поперечные касательные напряжения, препятствующие сужению прослоек. Удлинение образцапри уменьшении также сначала уменьшается, но затем, когда реализуется повышение прочности,возрастает, поскольку в пластическую деформацию в большей мере вовлекается основной металл.

2. Растяжение вдоль шва.

Рассмотрим случай, когда растягивающая сила направлена вдоль шва и все прослойки испытывают одинаковые деформации. Деформационная способность соединения и, как показано ниже, его несущая способность ограничены пластичностью металла наименее пластичной прослойки. На Рис. 4 .30 показаны диаграммы зависимости напряжения от деформации в различных зонах сварного соединения. Точки А_1, А₂ иА₃ соответствуют разрушению образца. Разрушение наступит при. При этом напряженияв основном металле, в шве ив твердой прослойке будут сильно различаться. Продольная растягивающая сила в основной воспринимается участком основного металла, так как его площадь намного превосходит и площадь поперечного сечения шва, и площадь твердой прослойки. И хотя уровень напряженийв твердой прослойке будет велик, средние напряжения будут близки к что существенно ниже разрушающих напряжений в точкеА₁. Это означает, что прочность сварного соединения нагруженного вдоль шва с твердой прослойкой, окажется ниже, чем прочность такого же элемента из основного металла. Отрицательное влияние твердой прослойки сказывается сильнее, если по длине соединения встречаются резкие изменения сечения шва, вызывающие концентрацию напряжений, или еще хуже — поперечные трещины или другие дефекты в твердой прослойке.

При действии силы вдоль шва наличие малопрочных мягких прослоек практически не влияет на общую несущую способность нагруженного элемента, так как площадь прослоек обычно невелика.

Рис. 4.30 Диаграммы зависимости напряжения от деформаций для различных зон сварного соединения при растяжении вдоль шва.